光纖分布式測量中事件分析及算法研究.pdf

1、光纖分布式測量系統(tǒng)的原理是同時利用光纖作為檢測元件和傳輸信號介質(zhì)，探測出光纖沿線不同位置的應力變化，以測量相應物理量。光纖分布式測量系統(tǒng)以其抗電磁干擾、材質(zhì)輕便以及測試精度較高等優(yōu)點逐漸成為光纖應用的熱門議題。本文主要從兩個方面對光纖分布式測量進行研究。其一，研究基于光時域反射的分布式測量技術中事件點的檢測、分析算法。其二，研究毫米波本振信號傳輸中光纖微小形變的檢測與校正方法。光時域反射技術是通過測量光纖對注入脈沖的回波信號(如：瑞利散

2、射、菲涅爾反射、拉曼散射、布里淵散射等)，來獲得光纖沿線物理量的分布特性，回波信號反映了光纖光纜沿線各位置上相應物理量的變化，故稱為分布式測量。如通過測量后向瑞利散射可獲得光纖的損耗，通過測量后向拉曼散射可實現(xiàn)分布式溫度測量，通過測量布里淵散射可獲得光纖沿線的應力分布等。論文以光時域反射計(OTDR)為例，通過對其回波信號曲線進行建模，提出基于Gabor變換和二元信號檢測理論的事件分析的算法。該算法簡單易行，對信號中噪聲具有較高的容納能

3、力，對于遠距離事故點具有較高的識別能力。傳統(tǒng)的分布式測量信號的事件分析算法均基于指數(shù)函數(shù)模型，該模型存在對較遠距離的故障點識別能力差等缺點，論文提出對回波信號曲線進行線性建模以提高遠距離事件的識別力，并充分分析線性模型中噪聲的產(chǎn)生機理，建立噪聲模型。文章采用單邊指數(shù)窗的時頻分析方法(Gabor展開)對回波信號進行處理，通過合理的選取展開時的參數(shù)，使算法具有較少的計算量和較好的事件分辨率。通過采用Gabor展開和二元信號檢測理論，對不同的

4、光纖鏈路進行事件檢測處理，較準確的定位了光纖鏈路事件的位置。該算法較傳統(tǒng)算法具有較強噪聲容納能力，提高了分析算法的效率，具有較強的實用價值。毫米波本振信號傳輸中光纖微小形變的檢測是光纖檢測中的另一應用。光纖受到物理場的作用時，會導致傳輸其中的光信號的相位發(fā)生變化，對于相位穩(wěn)定性要求較高的本振信號傳輸，必須對信號的相位進行校正。邁克爾遜干涉儀以其靈敏度高，動態(tài)范圍大，抗干擾能力強等優(yōu)點，在微小擾動檢測方面得到了廣泛的應用。文中提出了一種基

5、于邁克爾遜干涉的毫米波本振信號的相位穩(wěn)定傳送技術。在建立傳送系統(tǒng)的理論模型和實驗系統(tǒng)的基礎上，說明了這一本振信號傳送方案的可行性。為了避免干涉儀中產(chǎn)生偏振衰落現(xiàn)象，文中采用兩種抗偏振衰落技術——在光纖末端加入法拉第旋光鏡以及在接收端采用偏振無關的平衡接收技術。兩種技術的采用有效避免了干涉儀中的偏振衰落現(xiàn)象。本振信號傳送方案中，將毫米波本振信號調(diào)制到光載頻上，載有本振信號的光載波通過一個長臂的干涉系統(tǒng)，將傳輸中的相位變化信息反映在拍頻信號